Propaanchiller met nieuwe compressor houdt testcentrum en kantoor koel

3 september 2020

GEA Bock, fabrikant van onderdelen voor koelsystemen en airconditioning, bereidt ook zichzelf voor op de steeds warmer wordende zomers. Sinds een jaar zorgt een koelsysteem op basis van propaan voor extra koelcapaciteit in de testruimtes en voor optimale klimaatbeheersing bij het Duitse hoofdkantoor in Frickenhausen. Hiervoor is een nieuw product ontwikkeld: de HG66e HC, een semihermetische koolwaterstofcompressor.

Tekst: Ralf Dunker 

Tot vorig jaar zorgde een en hetzelfde koelsysteem bij het hoofdkantoor van GEA Bock zowel voor het wegpompen van overtollige hitte uit het testcentrum, als voor de airconditioning op het kantoor. De proefbanken hadden daarbij altijd voorrang, en dat ging vaak ten koste van de klimaatbeheersing in de rest van het gebouw. In warme zomers, wanneer de compressor-testbanken op volle toeren draaien, baadden de medewerkers op het hoofdkantoor al snel in het zweet. 

Niet genoeg reserves
Als het testcentrum veel koelcapaciteit nodig had om aan de strenge testvereisten voor de compressoren te voldoen, leed men op het kantoor dus onder de hitte. Op warme zomerdagen raakte het systeem voor airconditioning, dat slechts over kleine reserves aan koelcapaciteit beschikte, al snel overbelast. Omdat de compressortesten steeds meer uitstroomcapaciteit nodig hadden en de zomers steeds warmer worden, bleek ombouwen of uitbreiden van het koelsysteem van essentieel belang.

Het hoofdkantoor van GEA Bock, met aan de linkerkant het kantoorgedeelte.

Koudemiddel propaan
GEA Bock wilde daarbij de nadruk leggen op een efficiënte en milieuvriendelijke oplossing. Synthetische koudemiddelen met een hoge GWP-waarde waren daarom taboe. Als leverancier van compressoren voor koelsystemen wilde GEA Bock dat hun eigen koelsysteem het vlaggenschip van het bedrijf zou worden, met een natuurlijk koudemiddel. De meest voor de hand liggende opties waren volgens Manuel Fröschle, manager Application Engineering bij GEA Bock, propeen en propaan. “Systemen die gebruikmaken van propeen of propaan functioneren zeer efficiënt bij hoge omgevingstemperaturen. Uiteindelijk viel onze keuze op propaan.”

Met zuiggas gekoelde koolwaterstofcompressoren
Het assortiment van GEA Bock telt meerdere koolwaterstofcompressoren die met zuiggassen worden gekoeld. Toen het eigen project startte, kon keuze gemaakt worden uit zeven verschillende compressoren, met in totaal 24 capaciteitstrappen, van 5,4 tot 279,8 m³ bij 50 Hz. “Om te voldoen aan de vereiste koelcapaciteit van 132 kW hebben we twee HG56e HC-compressoren met gereguleerde frequentie geselecteerd. Die zijn perfect afgestemd op de compacte koelers van Futron”, aldus Fröschle.

Redundantie bij deelbelasting
In het project werden twee identieke pekelkoelers opgenomen met een aanvoertemperatuur van 6° C en een retourtemperatuur van 12 °C. Zij moeten voor de airconditioning van het kantoorgebouw zorgen. Deze redundante oplossing maakt een optimale werking bij deelbelasting mogelijk. Tussen de seizoenen in kunnen onderhoudswerkzaamheden worden uitgevoerd, zonder dat het nodig is om de airco volledig uit te schakelen. Met het oude systeem konden tijdens zo’n onderhoudsperiode alleen de testruimtes worden gekoeld.

Productmanager Manuel Fröschle naast de nieuwe HG66e HC-koolwaterstofcompressor.

Nieuwe zescilindercompressor
In het oorspronkelijke project werd bij de uitvoering een opmerkelijk detail gewijzigd. Op het moment dat de pekelkoelers zouden worden geïnstalleerd was inmiddels een nieuw prototype van de HG66e/1340-4 HC-compressor beschikbaar. Dit prototype werd in het nieuwe koelsysteem geïntegreerd.De nieuwe compressor beschikt net als de compactere HG56e HC over een uitvoering met zes cilinders. Het vermogen ligt tussen dat van de HG56e HC en de HG88-modellen in. De cilindercapaciteit ligt tussen de 116,5 m³/h en 180 m³/h bij 50 Hz, waarmee de leegte wordt opgevuld die tussen de bestaande modellen bestond. De vervanging van de compressor was de enige wijziging in het oorspronkelijke conceptontwerp.

Nieuwe klepplaat
“De aanpassing van de installatie was een mooie gelegenheid om het nieuwe model HG66e HC in ons eigen bedrijf aan een veldtest te onderwerpen”, zegt Fröschle. “De nieuwe compressor is groter, biedt meer vermogen en beschikt over de nieuwe mexxFlow-klepplaat. Deze klepplaat kent een ontwerp met ribbels in een dubbele ring, voor een optimale doorstroming, en dat wordt gecombineerd met een op maat gemaakte cilinderkop. Die combinatie verhoogt de efficiency van de compressor aanzienlijk. Bij de HG66e HC wordt het vermogen aangepast met behulp van een frequentieomvormer, terwijl bij de HG56e HC het vermogen wordt geregeld door de cilinderkop uit te schakelen.”

Het risico van propaan
Propaan en propeen zijn brandbaar. De veiligheidseisen van beide koudemiddelen bleven in de setting bij GEA Bock echter beperkt tot het koelsysteem, dat aan de achterkant van het testgebouw geïnstalleerd is. De thermische energie wordt uit het gebouw afgevoerd door een pekelcircuit, via een warmtewisselaar. De gebruikte HC-compressoren zijn geoptimaliseerd voor het gebruik van koolwaterstoffen en hebben volgens GEA Bock een lange levensduur. Bij toepassingen met koolwaterstoffen wordt in de compressor een oliecarterverhitter met een speciale olievulling gebruikt. Verder is de elektronische beschermer van de compressor in een aparte schakelkast onderbracht. “De compressoren en de Futron-koelers zijn inmiddels goedgekeurd en vrijgegeven voor het gebruik met koolwaterstoffen”, vult Fröschle aan.

Veiligheid voorop
Om het hele systeem te vullen, is slechts 2,1 kg propaan per koeler nodig. Gassensoren detecteren eventuele gaslekken. Wanneer zo’n lek optreedt, wordt onmiddellijk een volledige veiligheidsstop in gang gezet, waarbij een ventilatiesysteem het brandbare gas uit de machinebehuizing afvoert. Om het eventuele explosiegevaar zo klein mogelijk te houden, heeft men voor dit veiligheidssysteem een aparte afgescheiden schakelkast geïnstalleerd. Installatie- en risicoanalyse zijn gezamenlijk door GEA Bock en Futron uitgevoerd. “Aangezien het systeem bestaat uit kerncomponenten die al waren goedgekeurd en geschikt bevonden voor propaan, was dit relatief eenvoudig”, aldus Fröschle.

De nieuwe HG66e HC-compressor.

Voldoende koelcapaciteit
De twee pekelkoelers met de zescilindercompressoren zijn inmiddels ruim twee jaar in bedrijf. Fröschle: “Ze werken probleemloos, er zijn geen storingen opgetreden.” De mensen op kantoor horen het geluid van het koelsysteem niet. Dat komt doordat de installatie achter de bedrijfshallen staat opgesteld, ver van de kantoorruimtes. Het personeel is ook zeer te spreken over de kwaliteit en de performance van de airconditioning.” Aan de muur gemonteerde ventilatorconvectoren zorgen voor de koeling, waarbij de medewerkers de gewenste temperatuur individueel per bureau kunnen regelen. Fröschle: “Zelfs tijdens de lange en hete zomer van 2018, toen de buitentemperatuur opliep tot 38 °C in de schaduw, kon het kantoor voldoende koel worden gehouden.”.

Succesvolle stresstesten
Fröschle is naar eigen zeggen zeer tevreden over het resultaat van de stresstest van de nieuwe HG66e HC voor koolwaterstoffen. “Het prototype heeft zich ook tijdens de hete zomer van 2019 uitstekend bewezen. Het resultaat voldoet volledig aan onze verwachtingen.” Sinds de geslaagde eigen test maakt de HC-versie van de HG66e dan ook integraal deel uit van het assortiment van GEA Bock.

Vrees voor hoge servicekosten
Tot slot wil Fröschle de vrees wegnemen dat gebruikers die over willen stappen op koolwaterstoffen te maken zouden krijgen met hoge servicekosten. “Iedere gekwalificeerde professional die weet hoe hij met brandbare koudemiddelen moet omgaan, moet in staat zijn om alle onderhouds- en servicewerkzaamheden voor het nieuwe systeem uit te voeren. De meeste werkzaamheden kunnen zelfs worden uitgevoerd zonder het systeem open te maken.”
Tijdrovende controles op lekkages zijn bij het gebruik van natuurlijke koudemiddelen niet verplicht, in tegenstelling tot bij systemen met synthetische koudemiddelen. Dit betekent dat de natuurlijke koudemiddelen propaan en propeen volgens GEA Bock net zo makkelijk kunnen worden gebruikt voor airconditioning en industriële doeleinden als bijvoorbeeld CO₂ en ammoniak, die al breed worden ingezet in koel- en vriestoepassingen.